Електрокалоричний ефект: як наука працює без тиску застосувань

Коли студент Дхрув Шенай сів розмовляти з професором фізики матеріалів, він не очікував почути про дарвінівську еволюцію. Але саме з цього почалася його бесіда з професором Нілом Матуром з факультету матеріалознавства Кембриджського університету.

«Справа в тому, Дхрув, що наука трохи схожа на еволюцію. Існує хибне уявлення урядів, що можна просто фінансувати наукові проекти з чіткою кінцевою метою, і цього достатньо. Це все одно що казати, що предки жирафів витягували шиї, щоб дістати вищі листя, і тому в них довгі шиї. Насправді довші шиї розвинулися внаслідок випадкової мутації та еволюційного відбору. Тому потрібно дозволити дослідникам вивчати те, що їх цікавить, а потім можна вибрати найкращі речі з їхніх результатів. Це безладно, але це дарвінівська еволюція. Так наука завжди працювала», пояснює Матур.

Ця філософія ставить під сумнів загальну картину наукових інновацій. Відповіді на ці питання можуть дати дослідження Матура з електрокалоричних матеріалів. Ці матеріали базуються на електрокалоричному ефекті, коли електричне поле спричиняє зміну температури. Це може потенційно змінити сучасні технології холодильників та теплових насосів, пропонуючи екологічніший та швидший шлях для контролю температури. Проте коли Ніл зробив свої відкриття, він не переслідував ці застосування. Натомість він зосередився на тому, щоб зробити матеріали максимально ефективними. Це доказ того, що іноді хороша наука не потребує тиску застосувань.

Електрокалоричний ефект описується як високо оборотна зміна температури через зміни в далекосяжній електричній поляризації матеріалу. Простіше кажучи, це спосіб для матеріалу природно нагріватися або охолоджуватися за допомогою електрики.

«Я б сказав, що ця галузь була досить нішевою. Була невелика робота з електрокалориків у 60-х роках і пізніше, але вони не могли змусити це працювати добре, і інтерес згас. Лише коли ми опублікували наш результат у 2006 році, почав з'являтися більший інтерес», розповідає професор.

Матур скромний. Його стаття 2006 року не просто привернула увагу, вона відродила всю галузь. Звіт детально описує, як можна використовувати тонку плівку кераміки для застосування більшого електричного поля і таким чином досягти десятикратного збільшення електрокалоричного ефекту. Відтоді дослідження електрокалориків швидко розширилися, щороку публікується приблизно в десять разів більше статей.

У 2009 році вони показали, що якщо скласти багато таких плівок у структуру, схожу на сендвіч, можна перекачувати більше тепла, збільшуючи використання технології в реальному світі. З 2006 року інші дослідники намагалися повторити їхні дослідження з іншими матеріалами, і галузь нарешті злетіла. Але це викликає питання: оскільки галузь вважалася непродуктивною протягом багатьох років і тому була менш активною, чи було б це відкриття можливим, якби не цікавість?

Для Матура та його колег це дало їм шанс бути на передовій досліджень, і не дивно, що щорічна конференція з електрокалориків тепер проводиться в Кембриджі. Але Ніл швидко відхиляє увагу, натомість підкреслюючи це як можливість для співпраці та обговорення.

«Коли я поїхав до США на подібну конференцію, мене описали як видатного запрошеного доповідача, і мені запропонували стрічку з цими словами під моїм бейджем. Але я просто не бачу в цьому необхідності. Це все одно що казати, що я кращий за решту з вас, це просто антагонізує моїх колег. Реальність така, що роботу, яку ми зробили в 2006 році, міг зробити будь-хто, ми просто подумали про це першими. Так, реакція після цього завжди була б: ми повинні були це зробити! Але всі пішли далі і створили дивовижну науку», каже професор.

Це яскраве нагадування про те, що досягнення хорошої науки часто приходить, коли ви дозволяєте дослідникам слідувати своїй власній пристрасті та співпрацювати. Це викликає питання про те, чи потрібні зміни в системі фінансування, щоб відобразити це. Гроші є постійним фактором для факультетів. Отримання грантів є нескінченним циклом, який вводить багатьох дослідників у шал. Це лише відволікає їх від потенційно корисної роботи. Можливо, система, яка забезпечує фінансову стабільність, але все ще винагороджує інновації, могла б дозволити дослідженням стати більш продуктивними.

Наразі, так само як еволюція віддає перевагу тому, що працює, а не тому, що заплановано, рішучість Ніла дотримуватися матеріалів і не турбуватися про застосування може призвести до багатьох інших плідних відкриттів у цій галузі. «Насправді я просто радий зробити внесок у матеріали. Цікаво бачити, що ми можемо зробити», підсумовує вчений.